(57)【要約】【課題】長時間の薄膜形成においても、厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができる超電導薄膜線材の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の超電導薄膜線材の製造方法は、金属基板上に中間層を有する基材を準備する工程と、前記基材と対向する位置にターゲット材を準備する工程と、前記ターゲット材にエネルギー線を照射することにより、前記ターゲット材から放出される原子を含むプラズマを形成し、前記プラズマに含まれる前記原子を前記中間層表面上に供給することにより超電導薄膜を形成する工程とを備え、前記超電導薄膜を形成する工程では、前記金属基板を誘導加熱法により加熱することを特徴とする。【選択図】図３
2010165543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に中間層を有する基材を準備する工程と、
前記基材と対向する位置にターゲット材を準備する工程と、
前記ターゲット材にエネルギー線を照射することにより、前記ターゲット材から放出される原子を含むプラズマを形成し、前記プラズマに含まれる前記原子を前記中間層表面上に供給することにより超電導薄膜を形成する工程とを備え、
前記超電導薄膜を形成する工程では、前記金属基板を誘導加熱法により加熱することを特徴とする超電導薄膜線材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導薄膜線材の製造方法により製造された、超電導薄膜線材。
【請求項３】
金属基板上に中間層を有する基材を搬送する基材搬送部と、
ターゲット材とエネルギー線源からなり、前記エネルギー線源から発生するエネルギー線を前記ターゲット材に照射することで前記ターゲット材から放出される原子を含むプラズマを形成し、前記プラズマに含まれる前記原子を前記中間層表面上に供給し超電導薄膜を形成する超電導薄膜形成部と、
前記金属基板を加熱する誘導加熱部とを備えることを特徴とする超電導薄膜線材製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導薄膜線材の製造方法および製造装置に関し、より具体的にはテープ状の基材上に超電導薄膜を形成する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導薄膜線材の製造においては、テープ状の金属基板の表面に中間層、超電導層、安定化層等を薄膜状に、かつ連続的に形成する必要がある。その手段として、基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成するいわゆる蒸着法が一般的に用いられ、その一例として、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。
【０００３】
ＰＬＤ法は、ターゲット上にレーザー光を収束させて照射することにより、ターゲット表面の超電導薄膜材料を剥離、分解して、プルームと言われるプラズマを発生させ、ターゲットに対向して配置されているテープ状の基材上に、発生させたプルーム中の超電導薄膜材料を蒸着、堆積させて超電導層を形成する方法であり、超電導薄膜線材はテープ状の基材を搬送しながらその表面に超電導層を連続的に形成することにより製造される。
【０００４】
そして、ＰＬＤ法を用いて得られる超電導薄膜線材の生産性向上や特性改善につき検討がなされている。例えば、特許文献１には、成膜領域をマルチターン方式とすることにより材料の収率や成膜レートのアップを図ることが示されている。そして、特許文献２には、ＰＬＤプルームを移動させることにより成膜領域の大面積化を図ることが示されている。また、特許文献３には、ターゲット上のレーザー照射位置を移動させることにより、ターゲットの消費の均一化を図ることが示されている。さらに、特許文献４には、接触式ヒーターを用いることにより、適切な温度制御を図ることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６３２２７号公報
【特許文献２】特開平７−２１６５４０号公報
【特許文献３】特開２０００−３１９０９７号公報
【特許文献４】特開平１０−１３４６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このＰＬＤ法は、基材の幅に比べプルームの広がり、即ち蒸着領域が大きいため、ターゲットより発生したプルーム中の蒸発物は、基材を熱するヒーター部にも堆積する。そして、成膜時間が長時間化した場合、蒸着物は時間と共に成長するため、ヒーター部に付着した蒸着物は最終的に基材の表面にまでも乗り出してきて、基材の表面でプルームに対して影となる部分を生じ、基材の表面に蒸着物を均一に堆積することを困難にし、超電導特性の安定した超電導薄膜線材を作製することが困難になる。
【０００７】
対策として、定期的に生産ラインを停止してヒーター部の堆積物を除去することが考えられるが、生産ラインの停止は製造コストのアップに繋がる。また、除去作業中のターゲットの汚染防止や、成膜再開時の雰囲気調整など除去作業以外にも煩雑な作業が必要であり、この面からも製造コストのアップに繋がる。
【０００８】
また、長尺で均一な超電導特性の超電導薄膜層を得ようとする場合、ヒーター部に付着する蒸着物の成長を制御する必要があるため、膜厚の薄い超電導薄膜層しか得ることができない。そのため、超電導特性に優れた厚膜の薄膜超電導線材を作製するためには、前記の膜厚の薄い超電導薄膜層を多層化する必要があり、この面からも製造コストのアップに繋がる。
【０００９】
前記した蒸着物による影響を避ける手段として、プルームの位置を固定せず、動かすことにより蒸着領域を大面積化させて、単位面積あたりの蒸着物の量を制御することも多く行われているが、この場合には製造装置全体を大型化する必要があり、製品のコストアップに繋がる。
【００１０】
以上のような問題点は、ＰＬＤ法のみならず、蒸発物の基材への蒸着を利用して基材の表面に均一な薄膜を連続して形成する蒸着法全てに共通する問題である。
【００１１】
このため、長時間の薄膜形成工程においてもヒーター部に蒸着物を堆積させずに、厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができる超電導薄膜線材の製造方法が望まれていた。そのような製造方法を用いれば、全長にわたって超電導特性が安定した長尺の超電導薄膜線材を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の超電導薄膜線材の製造方法は、金属基板上に中間層を有する基材を準備する工程と、前記基材と対向する位置にターゲット材を準備する工程と、前記ターゲット材にエネルギー線を照射することにより、前記ターゲット材から放出される原子を含むプラズマを形成し、前記プラズマに含まれる前記原子を前記中間層表面上に供給することにより超電導薄膜を形成する工程とを備え、前記超電導薄膜を形成する工程では、前記金属基板を誘導加熱法により加熱することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、超電導薄膜を形成する工程において、金属基板の加熱方法として誘導加熱法を用いる。誘導加熱法ではヒーター部（誘導コイル）を線材の蒸着面の背面あるいは両側に設けるが、誘導コイル自体は発熱せず、たとえその部分に蒸着物が堆積しても固化することがないため、線材に対して悪い影響を及ぼすことがない。またヒーター部を蒸着領域に近接させずに加熱することができるため、よりヒーター部に蒸着物が堆積しにくい。よって長時間にわたって安定した成膜が行える。
【００１４】
本発明の超電導薄膜線材は、上記の製造方法により製造される。これにより、全長にわたって超電導特性が安定した長尺の超電導薄膜線材を得ることができる。
【００１５】
本発明の超電導薄膜線材製造装置は、金属基板上に中間層を有する基材を搬送する基材搬送部と、ターゲット材とエネルギー線源からなり、前記エネルギー線源から発生するエネルギー線を前記ターゲット材に照射することで前記ターゲット材から放出される原子を含むプラズマを形成し、前記プラズマに含まれる前記原子を前記中間層表面上に供給し超電導薄膜を形成する超電導薄膜形成部と、前記金属基板を加熱する誘導加熱部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記は、本発明の製造方法を装置の面から捉えたものであり、金属基板の加熱手段として誘導加熱部材を配置するもので、製造方法と同様の作用、効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、長時間の薄膜形成工程であってもヒーター部に蒸着物を堆積させずに、厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができる。その結果、全長にわたって超電導特性が安定した長尺の超電導薄膜線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の超電導薄膜線材の製造装置を模式的に表した図である。
【図２】従来の製造方法においてヒーターに堆積物が降り積もった様子を模式的に表した図である。
【図３】第１の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２０】
まず、従来技術から説明する。図１は従来の超電導薄膜線材の製造装置を模式的に表した図である。図１において、（１）は、従来技術に係る超電導薄膜線材の製造装置から主要部のみを抜き出して、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成する様子を概念的に示したものである。そして、（２）は（１）をＡで示される黒矢印の方向から見た平面図であって、テープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成するに際して、ヒーターの表面にも蒸着物が堆積する様子を示したものである。
【００２１】
図１において、ヒーター１０は走行するテープ状の基材２０を加熱する。基材２０はＮｉまたはＮｉ合金系の金属基板上に、ＣｅＯ２やＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の酸化物あるいはそれらの積層体からなる中間層が形成されたものである。ヒーター１０と基材２０は接触して、ヒーター１０が基材２０の支持部を兼ねている場合もある。また基材２０とは接触せず、１００μｍ程度の間隔を空けて配置されている場合もある。基材２０は白抜き矢印の方向に搬送される。なお、図示しないが、基材２０はリール巻きの状態で供給されており、送り出しリールから巻き出された基材は表面に超電導薄膜が形成された後に巻き取りリールまで搬送されるようになっている。これが基材搬送部である。
【００２２】
レーザーを含む光学系４０より発したエネルギー線４１（例えばレーザー光）は収束されてターゲット３０上に照射される。レーザーを含む光学系４０とターゲット３０をあわせ超電導薄膜形成部とする。エネルギー線４１の照射により、ターゲット３０の薄膜材料が剥離、分解して、プルーム３１（プラズマ）が発生する。プルーム３１には、ターゲット３０から蒸発した薄膜材料の粒子が含まれており、ヒーター１０のターゲット３０に対向する位置でヒーター１０表面および基材２０表面にほぼ円形に付着する。この時、基材２０上に付着した薄膜材料の粒子は超電導薄膜２３を形成すると共に、ヒーター１０上にも堆積物１３を生じる。成膜時間が長くなるとこの堆積物１３が高く降り積もり、基材２０の位置より上になっていく。これがひどくなると基材２０上にはみ出し影となってしまい基材２０上に、プルーム３１が届かない部分が生じてしまう。また堆積物１３が強固に固化すると基材２０の搬送の障害にもなる。
【００２３】
図２は従来の製造方法においてヒーターに堆積物が降り積もった様子を模式的に表した図である。図２において、（１）は側面から見た状況を表し、（２）は上面から見た状況を示した図である。図２（１）において、堆積物１３は、基材２０の位置より高く積もっている。また図２（２）では、堆積物１３は基材２０の上側にはみ出して積もっている。本発明はこのような状態を生じないように考案されたものである。以下、本発明について説明する。
【００２４】
１．第１の実施の形態
本実施の形態においては、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成する。超電導薄膜を形成する工程では、金属基板を誘導加熱法で加熱している。以下、図３を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００２５】
（超電導薄膜線材の製造装置の概要）
図３は第１の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。従来技術とは基材２０の加熱方法が異なる。本発明の装置ではヒーター１０の代わりに渦巻き状の誘導加熱部５０（コイル）を基材２０の、ターゲット３０とは反対側に配置する。誘導加熱部５０は基材２０から１ｃｍ以上離して設置することも可能である。誘導加熱部５０に高周波電流を流し、その周波数と電流値を調整することで、基材２０中の金属基板を加熱することができる。
【００２６】
本実施形態の構成においては、薄膜材料の粒子が、基材２０に当たらず誘導加熱部５０に到達したとしても、誘導加熱部５０自体は高温になっていないので、誘導加熱部５０上に堆積物がきわめて生じにくい。また、基材２０と距離を１ｃｍ以上離して設置することもできる。そのため、ｋｍオーダーの線材を作製するため長時間にわたる成膜を行い、仮に誘導加熱部５０に堆積物が生じたとしても、その高さが１ｃｍ以上になることはなく、基材２０の位置まで堆積物が到達することはない。つまり、誘導加熱法を用いることで、加熱部に堆積物が積もることはなく、また仮に積もったとしても、それは基材への影響のない範囲で収まるということである。
【００２７】
（実施例１）
上記した本実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置を用いて薄膜超電導線材を製造した実施例を以下に示し、具体的に説明する。
【００２８】
本実施例における薄膜超電導線材の製造条件は以下の通りである。即ち、基材としては、厚さ１００μｍ×幅１ｃｍ×長さ２００ｍのＳＵＳ薄板の表面上に、順にＣｅＯ２、ＹＳＺ、ＣｅＯ２の中間層（総厚：１〜２μｍ）を設けたものを基材とした。そして、前記基材を搬送手段によって、線速１０ｍ／時で走行させた。誘導加熱コイルとして直径約１０ｃｍの渦巻き状コイルを銅線で形成し、基材を挟んでターゲットとは反対側になるよう約１ｃｍ基材から離して設置した。
【００２９】
そして、前記基材表面に、ＰＬＤ法を用いて厚さ２μｍのＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超電導薄膜を形成させた。ＰＬＤ法の条件は以下の通りである。即ち、レーザーとして、周波数：１８０Ｈｚ、出力：１Ｊ、波長：２４８ｎｍのＫｒ−Ｆエキシマレーザーを用い、１０Ｐａの酸素雰囲気中でターゲットへ照射を行いプルームを発生させた。なお、基板とターゲットの距離は５５ｍｍとした。プルーム発生中、コイルへの出力（周波数と電流値）を調整し、基材温度が６００−６５０℃の範囲になるようにした。温度は基材に熱電対を接触させ測定した。
【００３０】
上記ＰＬＤ法において、従来のように接触型ヒーターを用いた場合は以下のとおりであった。１０ｍ／時の線速で２０時間走行させた（総長さ２００ｍ）場合、基材周囲のヒーター上には厚さ約１ｍｍの蒸着物が堆積して基材上に乗り出し、基材上での成膜に悪影響を及ぼしていた。そのため、従来のように、堆積した蒸着物を除去しない場合には、蒸着物の堆積による悪影響を考慮する必要から、総長さ２００ｍの走行において１走行当たり厚さ０．４μｍの超電導薄膜を形成するしかなく、これを５回繰り返すことにより、厚さ２μｍの超電導薄膜としていた。
【００３１】
これに対して、本実施例においては誘導加熱法を用いたため、コイル（ヒーター）上に堆積物が生じることはなく、厚さ２μｍの超電導薄膜を１度に形成させることができ、製造時間の大幅な短縮が得られる。
【００３２】
２．第２の実施の形態
本実施の形態においては、誘導コイルの配置を第１の実施の形態を変え、その他は第１の実施の形態と同じである。以下、図４を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００３３】
図４は第２の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。基材２０、レーザーを含む光学系４０、ターゲット３０の配置は第１の実施の形態と同じである。誘導加熱部５０としてソレノイドコイルを用いた。２つのソレノイドコイルは電気的に接続され、基材２０上、プルーム３１が届かない位置に、プルーム３１をはさんで配置されている。このように配置すれば、誘導加熱部５０に薄膜材料の粒子が到達することはなく、また効果的に基材２０を加熱することができる。
【００３４】
今回開示された実施の形態および実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ヒーター
１３  堆積物
２０  基材
２３  超電導薄膜
３０  ターゲット
３１  プルーム
４０  レーザーを含む光学系
４１  エネルギー線
５０  誘導加熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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